[发明专利]一种碳纳米管-硫化锂-碳复合材料的制备方法

说明书

一种碳纳米管‑硫化锂‑碳复合材料的制备方法，将升华硫粉溶于无水甲苯，形成透明溶液A；将碳纳米管超声分散在三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液中，形成悬浮液B；将溶液A加入悬浮液B中，得碳纳米管‑Li₂S复合材料的悬浮液，加热蒸干溶剂即得到碳纳米管‑Li₂S复合材料粉末；最后将碳纳米管‑Li₂S材料置于惰性气氛中进行化学气相沉积碳，形成碳纳米管‑Li₂S‑C复合材料。本发明制备的碳纳米管‑硫化锂‑碳复合材料导电性好，包覆层紧密，可改善Li₂S电极的导电性，有效抑制多硫化物在电解液中的溶解和扩散，提高硫的利用率；同时碳纳米管的多孔结构，对硫电极在充放电过程中发生的体积膨胀和收缩有缓冲作用。

技术领域

本发明属于新能源领域，涉及一种锂硫电池正极用碳纳米管-Li₂S-碳复合材料的制备方法。

背景技术

随着我国新能源汽车战略的推进，迫切需要更高容量、更高能量密度的电池，然而目前锂离子电池正极材料的研发进展缓慢。锂硫电池是以金属锂作为负极，单质硫或硫基复合材料作为正极的二次电池。在理论上，锂与硫完全反应后生成Li₂S，可实现2电子反应，其理论比容量高达1675mAh/g，以硫与金属锂构建的二次电池体系理论能量密度达2600Wh/kg，实际能量密度目前能达到300Wh/kg，且单质硫质量轻，自然资源丰富，价格低廉，环境友好，是最具潜力的高容量电极材料。

硫化锂（Li₂S）是一种新型锂硫电池正极材料，材料理论容量高达1166 mA h g-1，是其它过渡金属氧化物和磷酸盐的数倍；其首次脱锂充电过程中所发生的体积收缩，能给后续的嵌锂放电反应提供空间，保护电极结构不受破坏；其可与非锂金属负极材料（诸如硅、锡等）组装电池，有效避免锂枝晶形成等问题所带来的安全隐患，是极具发展潜力的锂硫电池正极材料。然而，该材料电子／离子导电率低，反应中间产物多硫化物在电解液中的溶解易引发穿梭效应，而导致容量的急剧衰减，限制了其在锂硫电池中的实际应用。目前的改性大多集中在对材料进行碳包覆，提升材料的导电性、抑制多硫化物的穿梭效应并缓解材料的体积效应，但效果并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种导电性高，放电比容量高，循环稳定性好，穿梭效应低的锂硫电池正极用碳纳米管-硫化锂-碳复合材料的制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种碳纳米管-硫化锂-碳复合材料的制备方法，将升华硫粉溶于无水甲苯，形成透明溶液A；将碳纳米管超声分散在三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液中，形成悬浮液B；将溶液A加入悬浮液B中，得碳纳米管-硫化锂复合材料的悬浮液，加热蒸干溶剂即得到碳纳米管-硫化锂复合材料粉末；最后将碳纳米管-硫化锂材料置于惰性气氛中进行化学气相沉积碳，形成碳纳米管-硫化锂-碳复合材料。

本发明具体包括以下步骤：

（1）将升华硫粉溶解于无水甲苯中，溶液浓度为0.01~2mol/L（优选0.1~1mol/L），溶解温度为0~110℃（优选25~90℃），形成均一透明的溶液A；

控制溶液浓度和温度有利于后续步骤中获得颗粒大小不一的产物；

（2）将碳纳米管加入三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液中，进行超声分散10min~4h（优选20min~1h），使其均匀分散在溶液中，形成悬浮液B；碳纳米管与Li₂S的质量比控制为1:1~1:32（优选1:5~1:10），Li₂S由步骤（1）中的升华硫转化而来；所述三乙基硼氢化锂与步骤（1）中升华硫粉的摩尔比为2~10:1（优选3~5:1）；三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液浓度控制为0.1~2mol/L（优选0.5~1.5mol/L）；